化工儀表及其自動(dòng)化控制第03流量部分章

1、流量測量,流量檢測的主要方法和分類 節(jié)流式流量計(jì) 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 電磁流量計(jì) 渦輪流量計(jì) 漩渦流量計(jì) 容積式流量計(jì) 其它流量檢測方法 超聲波式流量檢測 質(zhì)量流量檢測方法, ,幾個(gè)概念,流量通常是指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道某截面的流體的數(shù)量，也就是所謂的瞬時(shí)流量；在某一段時(shí)間內(nèi)流過流體的總和，稱為總量或累積流量。,體積流量,以體積表示的瞬時(shí)流量用 qv 表示，單位為 m3/s 以體積表示的累積流量用 Qv 表示，單位為 m3,質(zhì)量流量,以質(zhì)量表示的瞬時(shí)流量用 qm 表示，單位為 kg/s 以質(zhì)量表示的累積流量用 Qm 表示，單位為 kg,標(biāo)態(tài)下的體積流量,由于氣體是可壓縮的，流體的體積會(huì)受工況的影響，為了

2、便于比較，工程上通常把工作狀態(tài)下測得的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（溫度為20，壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）下的體積流量。 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量用qvn表示，單位為Nm3/s。,1 流量檢測的主要方法和分類,流量檢測方法有很多，就測量原理而言，可以分為直接測量法和間接測量法兩類。 直接測量法可以直接測量出管道中的體積流量或質(zhì)量流量 間接測量法則是通過測量出流體的(平均)流速，結(jié)合管道的截面積、流體的密度及工作狀態(tài)等參數(shù)計(jì)算得出。,除了橢圓齒輪流量計(jì)直接測量體積流量、科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)之外，其它均基于間接法來流量測量,2 節(jié)流式流量計(jì),(a) 標(biāo)準(zhǔn)孔板,(b) 噴嘴,(c) 文丘里管,把流體流過阻力件使流

3、束收縮造成壓力變化的過程稱節(jié)流過程，其中的阻力件稱為節(jié)流件。 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管。 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)流件，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定、要求和計(jì)算所需的有關(guān)數(shù)據(jù)及程序，可直接按照標(biāo)準(zhǔn)制造；安裝和使用時(shí)不必進(jìn)行標(biāo)定。 特殊節(jié)流件主要用于特殊介質(zhì)或特殊工況條件的流量檢測，它必須用實(shí)驗(yàn)方法單獨(dú)標(biāo)定。,節(jié)流原理,流動(dòng)流體的能量有兩種形式：靜壓能和動(dòng)能。流體由于有壓力而具有靜壓能，又由于有流動(dòng)速度而具有動(dòng)能，這兩種形式的能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。,流量方程,標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件(孔板),節(jié)流裝置包括節(jié)流件、取壓裝置和符合要求的前后直管段 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是指節(jié)流件、取壓裝置都標(biāo)準(zhǔn)化

4、，前后直管段符合規(guī)定要求，可以直接投入使用,標(biāo)準(zhǔn)孔板，要求： d/D 應(yīng)在0.20.75之間 d不小于12.5mm 直孔厚度h應(yīng)在0.005D到0.02D之間 孔板的總厚度H應(yīng)在h和0.05D之間 圓錐面的斜角應(yīng)在3045之間 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管的結(jié)構(gòu)參數(shù)的規(guī)定也可以查閱相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)。,有手冊(cè)可查，不要求記,標(biāo)準(zhǔn)取壓方式,國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的取壓方式有角接取壓、法蘭取壓和DD/2取壓。,角接取壓,角接取壓的兩個(gè)取壓口分別位于孔板上下端面與管壁的夾角處 取壓口可以是環(huán)隙取壓口和單獨(dú)鉆孔取壓口,環(huán)隙取壓利用左右對(duì)稱的兩個(gè)環(huán)室把孔板夾在中間，通常要求環(huán)隙在整個(gè)圓周上穿通管道，或者每個(gè)夾持環(huán)應(yīng)至少有四

5、個(gè)開孔與管道內(nèi)部連通，每個(gè)開孔的中心線彼此互成等角度，再利用導(dǎo)壓管把孔板上下游的壓力分別引出,當(dāng)采用單獨(dú)鉆孔取壓時(shí)，取壓口的軸線應(yīng)盡可能以90與管道軸線相交,環(huán)隙寬度和單獨(dú)鉆孔取壓口的直徑 a 通常在410mm之間 顯然，環(huán)隙取壓由于環(huán)室的均壓作用，便于測出孔板兩端的平穩(wěn)差壓，能得到較好的測量精度，但是夾持環(huán)的加工制造和安裝要求嚴(yán)格。當(dāng)管徑D500mm時(shí)，一般采用單獨(dú)鉆孔取壓。,法蘭取壓和DD/2取壓,法蘭取壓裝置是由一對(duì)帶有取壓口 的法蘭組成 取壓口軸線距離孔板上、下端面 均為25.4mm（1英寸）,DD/2取壓裝置是設(shè)有取壓口的管段，上、下游取壓口軸線與孔板上游端面的距離分為D和D/2（D

6、為管道的直徑）,節(jié)流式流量計(jì)的安裝,原理總結(jié)：,節(jié)流裝置,引壓管,差壓變送器,顯示儀表/控制器,在各種標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流裝置中以標(biāo)準(zhǔn)孔板的應(yīng)用最為廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝使用方便的特點(diǎn)，適用于大流量的測量。孔板的最大缺點(diǎn)是流體流經(jīng)節(jié)流件后壓力損失較大，當(dāng)工藝管路不允許有較大的壓力損失時(shí)，一般不宜選用孔板流量計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管的壓力損失較小，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易加工。,流體在管道中正常流動(dòng)（v、p）,節(jié)流件使流體收束，流速增大，壓力降低,節(jié)流件前后出現(xiàn)“壓差”,“壓差”與流量有關(guān),再采用差壓變送器，將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，便于顯示及控制,節(jié)流式流量計(jì)的使用特點(diǎn)和要求,標(biāo)準(zhǔn)孔板應(yīng)用廣泛，

7、它具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的特點(diǎn)，適用于大流量的測量。 孔板測量的壓損大，當(dāng)不允許有較大的管道壓損時(shí)，便不宜采用。在一般場合下，仍采用孔板為多。 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管的壓力損失較孔板為小，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易加工。 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置僅適用于測量管道直徑大于50mm，雷諾數(shù)在104105以上的流體； 流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿全部管道，不發(fā)生相變； 為保證流體在節(jié)流裝置前后為穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長度的直管段（與管徑、節(jié)流件的開孔面積以及管路上的彎頭數(shù)都有關(guān)系） 節(jié)流裝置經(jīng)過長時(shí)間的使用，會(huì)因物理磨損或者化學(xué)腐蝕，造成幾何形狀和尺寸的變化，從而引起測量誤差，因此需要及時(shí)檢查和維修，

8、必要時(shí)更換新的節(jié)流裝置,節(jié)流式流量計(jì)誤差產(chǎn)生的原因,實(shí)際工況與設(shè)計(jì)要求不符，如：溫度、壓力、濕度以及相應(yīng)的流體重度、粘度、雷諾數(shù)等參數(shù)數(shù)值發(fā)生變化，則會(huì)造成較大的誤差。為了消除這種誤差，必須按新工藝重新設(shè)計(jì)計(jì)算，或加以必要的修正。 節(jié)流裝置安裝不正確節(jié)流裝置安裝不正確，在安裝時(shí)，特別要注意節(jié)流裝置的安裝方向。 在使用中，要保持節(jié)流裝置的清潔。如在節(jié)流裝置處防止有沉淀、結(jié)焦、堵塞等現(xiàn)象。 節(jié)流裝置的磨損，應(yīng)注意日常檢查、維修，必要時(shí)應(yīng)換用新的孔板。 導(dǎo)壓管安裝不正確，或有諸塞、滲漏現(xiàn)象，,節(jié)流式流量計(jì)誤差產(chǎn)生的原因,孔板本身原因：,直角邊緣不銳利,測量值偏小,d太大,測量值偏小,正取壓孔離端面太

9、遠(yuǎn),測量值偏小,h太大,測量值偏大,負(fù)取壓孔離端面太遠(yuǎn),測量值偏小,測量值偏大,安裝不好，孔板彎曲,可大可小,3 轉(zhuǎn)子流量計(jì),孔板流量計(jì)：,節(jié)流面積不變,流量變化,壓差發(fā)生變化,轉(zhuǎn)子流量計(jì)：,壓差不變,流量變化,節(jié)流面積發(fā)生變化,轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由兩個(gè)部分組成： 一是由下往上逐漸擴(kuò)大的錐形管（通常用透明玻璃制成） 二是放在錐形管內(nèi)可自由運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子。 被測流體由錐形管下端進(jìn)入，流經(jīng)轉(zhuǎn)子與錐形管之間的環(huán)隙，再從上端流出。 當(dāng)流體流過的時(shí)候，位于錐形管中的轉(zhuǎn)子受到向上的一個(gè)力，使其浮起。當(dāng)這個(gè)力正好等于轉(zhuǎn)子重量減去流體對(duì)轉(zhuǎn)子的浮力，此時(shí)轉(zhuǎn)子就停浮在一定的高度上。 若流體流量突然由小變大時(shí)，作用在轉(zhuǎn)子上

10、的向上的力就加大，轉(zhuǎn)子上升，環(huán)隙增大，即流通面積增大。隨著環(huán)隙的增大，使流體流速變慢，流體作用在轉(zhuǎn)子上的向上力也就變小。這樣，轉(zhuǎn)子在一個(gè)新的高度上重新平衡。這樣，轉(zhuǎn)子在錐形管中平衡位置的高低h與被測介質(zhì)的流量大小相對(duì)應(yīng)。,流量方程,轉(zhuǎn)子的平衡關(guān)系：,轉(zhuǎn)子和錐形管間的環(huán)隙面積相當(dāng)于節(jié)流式流量計(jì)的節(jié)流孔面積，但它是變化的，并與轉(zhuǎn)子高度h成近似的線性關(guān)系，因此，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量公式可以表示為：,式中：為儀表常數(shù)；h為轉(zhuǎn)子浮起的高度。,流量與轉(zhuǎn)子高度h成線性關(guān)系 式中的其它參數(shù)為常數(shù),轉(zhuǎn)子流量計(jì)一般只適用于就地指示。對(duì)配有電遠(yuǎn)傳裝置的轉(zhuǎn)子流量計(jì)，也可以把反應(yīng)流量大小的轉(zhuǎn)子高度h轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳送到其它

11、儀表進(jìn)行顯示、記錄或控制。,流量修正,轉(zhuǎn)子流量計(jì)在生產(chǎn)的時(shí)候，是在工業(yè)基準(zhǔn)狀態(tài)（20，0.10133Mpa）下用水或空氣進(jìn)行刻度的。,液體流量測量時(shí)的修正,如果某轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子高度為h，如果介質(zhì)為20的水，則流量qv0與h的關(guān)系滿足：,如果介質(zhì)不是20的水，則流量qvf與h的關(guān)系滿足：,如果被測介質(zhì)的粘度和水的粘度相差不大，可以近似認(rèn)為是常數(shù)，則有,刻度流量,實(shí)際流量,修正系數(shù),例,現(xiàn)有一只以水標(biāo)定的轉(zhuǎn)子流量計(jì)用來測量苯的流量，已知轉(zhuǎn)子的材料為不銹鋼（密度7.9g/cm3），苯的密度為0.83g/cm3 ，請(qǐng)問流量計(jì)讀數(shù)為3.6L/s時(shí)，苯的實(shí)際流量是多少？,解：,修正公式,因此,質(zhì)量流量的

12、修正公式,氣體流量測量時(shí)的修正,假設(shè)實(shí)際被測氣體的密度為f， 因此被測流體流量Qf與指示值Q0的關(guān)系是：,通常，氣體流量需要把它轉(zhuǎn)化成工業(yè)基準(zhǔn)狀態(tài)（T020293K，P01.0133105Pa）,記被測時(shí)的壓力和溫度分別為：Pf、Tf，所以被測流體對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的體積流量為：,此時(shí)的密度f還是實(shí)際密度，由于測量的困難，也需要把它轉(zhuǎn)化成標(biāo)態(tài)下的密度更為方便：,于是有修正公式,轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn),轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要適合于檢測中小管徑、較低雷諾數(shù)的中小流量； 流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長度要求不高； 流量計(jì)的基本誤差約為儀表量程的土2，量程比可達(dá)10：1 流量計(jì)的測量精度易受被測介質(zhì)密

13、度、粘度、溫度、壓力、純凈度、安裝質(zhì)量等的影響。,4 電磁流量計(jì),基本工作原理,導(dǎo)體切割磁力線，會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),適用場合,可以檢測具有一定電導(dǎo)率的酸、堿、鹽溶液，腐蝕性液體以及含有固體顆粒的的液體測量，但不能檢測氣體、蒸汽和非導(dǎo)電液體的流量。,流量公式,當(dāng)導(dǎo)電的流體在磁場中以垂直方向流動(dòng)而切割磁力線時(shí)，就會(huì)在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小與磁場的強(qiáng)度、流體的速度和流體垂直切割磁力線的有效長度成正比：,式中：Ex為感應(yīng)電勢(shì)；K為比例系數(shù)；B為磁場強(qiáng)度；D為管道直徑；v為垂直于磁力線的流體流動(dòng)速度。,在管道直徑D已經(jīng)確定，磁場強(qiáng)度B維持不變時(shí)，流體的體積流量與磁感應(yīng)電勢(shì)成線性關(guān)系。利用

14、上述原理制成的流量檢測儀表稱為電磁流量計(jì)。,電磁流量計(jì)的特點(diǎn),測量導(dǎo)管內(nèi)無可動(dòng)或突出于管道內(nèi)部的部件，因而壓力損失極??； 只要是導(dǎo)電的，被測流體可以是含有顆粒、懸浮物等，也可以是酸、堿、鹽等腐蝕性物質(zhì)； 流量計(jì)的輸出電流與體積流量成線性關(guān)系，并且不受液體的溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響； 電磁流量計(jì)的量程比一般為10:1，精度較高的量程比可達(dá)100:1；測量口徑范圍大，可以從lmm到2m以上，特別適用于lm以上口徑的水流量測量；測量精度一般優(yōu)于0.5級(jí)； 電磁流量計(jì)反應(yīng)迅速，可以測量脈動(dòng)流量； 主要缺點(diǎn)： 被測流體必須是導(dǎo)電的，不能小于水的電導(dǎo)率 不能測量氣體、蒸汽和石油制品等的流量 由于

15、襯里材料的限制，一般使用溫度為0200； 因電極嵌裝在測量導(dǎo)管上的，使工作壓力限制(一般0.25MPa）,電磁流量計(jì)的安裝,可以水平安裝，也可以垂直安裝，但要求液體充滿管道； 直管段要求：前10D，后5D以上； 遠(yuǎn)離磁場； 變送器前后管道有時(shí)帶有較大的雜散電流，一般要把變送器前后11.5m出和變送器外殼連接在一起，共同接地。,5 渦輪流量計(jì),工作原理,流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，通過渦輪外的磁電轉(zhuǎn)換裝置可將渦輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電脈沖,流量方程,特點(diǎn)和要求,流量與渦輪轉(zhuǎn)速之間成線性關(guān)系； 渦輪流量計(jì)的測量精度較高，可達(dá)到0.5級(jí)以上，反應(yīng)迅速，可測脈動(dòng)流量； 主要

16、用于中小口徑的流量檢測； 僅適用潔凈的被測介質(zhì)，通常在渦輪前要安裝過濾裝置； 流量計(jì)水平安裝，前后需一定長度的直管段，一般上游側(cè)和下游側(cè)的直管段長度要求在10D和5D以上； 常溫下用水標(biāo)定，當(dāng)介質(zhì)的密度和粘度發(fā)生變化時(shí)需重新標(biāo)定或進(jìn)行補(bǔ)償,6 漩渦流量計(jì),工作原理,把一個(gè)漩渦發(fā)生體（非流線型對(duì)稱物體）垂直插在管道中，當(dāng)流體繞過漩渦發(fā)生體時(shí)會(huì)在其左右兩側(cè)后方交替產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦，形成渦列，該漩渦列就稱為卡門渦街 只有當(dāng)兩列漩渦的間距h與同列中相鄰漩渦的間距l(xiāng)滿足為hl0.281條件時(shí)，卡門渦列才是穩(wěn)定的。且單列漩渦產(chǎn)生的頻率f與流體流速v成正比，與柱體的特征尺寸d（漩渦發(fā)生體的迎面最大寬度

17、）成反比，即：,流量方程,特點(diǎn)和要求,渦街流量計(jì)輸出信號(hào)（頻率）不受流體物性和組分變化的影響，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，幾乎不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等變化的影響，故用水或空氣標(biāo)定的漩渦流量計(jì)可用于其他液體和氣體的流量測量而不需標(biāo)定； 管道內(nèi)無可動(dòng)部件，使用壽命長，壓力損失??；測量精度高（約為士0.51），量程比20:1； 尤其適用于大口徑管道的流量測量。但是流量計(jì)安裝時(shí)要求有足夠的直管段長度，上游和下游的直管段分別要求不少于2OD和5D，漩渦發(fā)生體的軸線應(yīng)與管路軸線垂直。,7 橢圓齒輪流量計(jì)直接測量,基本工作原理,“一碗一碗”計(jì)量,轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，就排出四個(gè)由橢圓齒輪與外殼圍成的半月形空腔

18、的流體體積(4V)。在V一定的情況下，只要測出流量計(jì)的轉(zhuǎn)速n就可以計(jì)算出被測流體的流量,流量方程,特點(diǎn)和要求,計(jì)量精度高，一般可達(dá)0.20.5級(jí)，有的甚至能達(dá)到0.1級(jí) 安裝直管段對(duì)計(jì)量精度影響不大，量程比一般為10:1 一般只適用于10150mm的中小口徑。 容積式流量計(jì)對(duì)被測流體的粘度變化不敏感，特別適合于測量高粘度的流體（例如重油、樹脂等）甚至糊狀物的流量，但要求被測介質(zhì)干凈，不含固體顆粒，所以一般情況下，流量計(jì)前要裝過濾器。 由于受零件變形的影響，容積式流量計(jì)一般不宜在高溫或低溫下使用。,8 其它科里奧利力質(zhì)量流量計(jì),基本工作原理 （實(shí)驗(yàn)）,將充水軟管（水不流動(dòng)）兩端懸掛，使其中段下垂

19、成U形，靜止時(shí)，U形的兩管處于同一平面，并垂直于地面，左右擺時(shí)，兩管同時(shí)彎曲，仍然保持在同一曲面,若將軟管與水源相接，使水由一端流入，從另一端流出（如圖b和c）。當(dāng)U形管受外力作用向右左擺動(dòng)時(shí)，它將發(fā)生扭曲。扭曲的方向總是出水側(cè)的擺動(dòng)要早于人水側(cè)；,隨著質(zhì)量流量的增加，這種現(xiàn)象變得更加明顯，出水側(cè)擺動(dòng)相位超前于入水側(cè)更多。,利用科氏力構(gòu)成的質(zhì)量流量計(jì)有直管、彎管、單管、雙管等多種形式 雙彎管型是最常見 它由兩根金屬U形管組成，其端部連通并與被測管路相連。這樣流體可以同時(shí)在兩個(gè)U形管內(nèi)流動(dòng) 在兩管的中間A、B、C三處各裝有一組壓電換能器 換能器A在外加交變電壓作用下產(chǎn)生交變力，使兩根U形管彼此一

20、開一合地振動(dòng)，相當(dāng)于兩根軟管按相反方向不斷擺動(dòng) 換能器B和C用來檢測兩管的振動(dòng)情況 由于B處于進(jìn)口側(cè)，C處于出口側(cè)，則根據(jù)出口側(cè)振動(dòng)相位超前于進(jìn)口側(cè)的規(guī)律，C輸出的交變信號(hào)的相位將超前于B某個(gè)相位 此相位差的大小與質(zhì)量流量成正比,科里奧利力質(zhì)量流量計(jì),特點(diǎn)和要求,科氏力質(zhì)量流量計(jì)的測量精度較高，主要用于粘度和密度相對(duì)較大的單相和混相流體的流量測量 由于結(jié)構(gòu)等原因，這種流量計(jì)適用于中小尺寸的管道的流量檢測。,物位測量,概述 差壓式物位儀表 浮力式物位儀表 電容式物位儀表 輻射式物位儀表, ,1 概述,幾個(gè)概念,測量液位的儀表叫液位計(jì)，測量料位的儀表叫料位計(jì) 測量兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的儀表

21、叫界面計(jì) 在物位檢測中，有時(shí)需要對(duì)物位進(jìn)行連續(xù)檢測，有時(shí)只需要測量物位是否達(dá)到某一特定位置，用于定點(diǎn)物位測量的儀表稱為物位開關(guān),檢測方法分類,直讀式物位儀表：玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)等。 差壓式物位儀表：利用液柱或物料堆積對(duì)某定點(diǎn)產(chǎn)生壓力的原理 浮力式物位儀表：利用浮子高度或浮力隨液位高度而變化的原理。 電磁式物位儀表：使物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化，如電容 核輻射物位儀表：利用射線透過物料時(shí)其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理 聲波式物位儀表：由于物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的不同。 光學(xué)式物位儀表：利用物位對(duì)光波的遮斷和反射原理工作,2 差壓式液位計(jì),基本工作原理,

22、P=gH,零點(diǎn)遷移,P=1gH,P=1gH -2g（h2-h1）,P=1gH +1gh1,零點(diǎn)遷移的目的：使H0時(shí)，變送器輸出為Iomin（如4mA）,無遷移,負(fù)遷移,遷移量：,-2g（h2-h1）,正遷移,遷移量：,1gh1,例,已知1=1200kg/m3，2=950kg/m3，h1=1m，h2=5m， 液位變化范圍02.5米，求：變送器的量程和遷移量。,解,Hmax1g=2.5*1200*9.8=29400Pa 變送器量程可選為：40kPa 當(dāng)H=0時(shí)，-2g（h2-h1）=-4*950*9.8=-37.24 kPa 變送器需要進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為37.24 kPa,結(jié)論： 差壓式液位變送

23、器，事實(shí)上就是一個(gè)差壓變送器，無非液位變送器的輸出與液位高度H成線性關(guān)系 因此，差壓式液位變送器的安裝與前面所述的差壓變送器的安裝是完全相同的。 為了解決測量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝固等液體液位時(shí)，引壓管線容易出現(xiàn)被腐蝕、被堵塞的問題，應(yīng)使用在導(dǎo)壓管人口處加隔離膜盒的法蘭式差壓變送器（壓力信號(hào)的遠(yuǎn)傳裝置），分單法蘭式及雙法蘭式兩種。,3 電容式物位計(jì),基本工作原理,由兩個(gè)同軸圓柱極板組成的電容器，當(dāng)兩極板之間填充介電常數(shù)為1的介質(zhì)時(shí)，兩極板間的電容量為：,當(dāng)極板之間一部分介質(zhì)被介電常數(shù)為2的另一種介質(zhì)填充時(shí)，可推導(dǎo)出電容變化量,特點(diǎn)和要求,電容式物位計(jì)可以用于液位的測量，也可以

24、用于料位的測量，但要求介質(zhì)的介電常數(shù)保持穩(wěn)定。在實(shí)際使用過程中，當(dāng)現(xiàn)場溫度、被測液體的濃度、固體介質(zhì)的濕度或成分等發(fā)生變化時(shí)，介質(zhì)的介電常數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)及時(shí)對(duì)儀表進(jìn)行調(diào)整才能達(dá)到預(yù)想的測量精度。,說明：電容式液位計(jì)一般都是基于差壓原理測量的。,4 核輻射式物位計(jì),基本工作原理,核輻射線（通常為射線）穿過一定厚度的被測介質(zhì)時(shí)，射線的投射強(qiáng)度將隨介質(zhì)厚度的增加而呈指數(shù)規(guī)律衰減的原理來測量物位的,I0表示進(jìn)入物料之間的射線強(qiáng)度；表示物料的吸收系數(shù)；H為物料的厚度；I為穿過介質(zhì)后的射線強(qiáng)度。,特點(diǎn)和要求,核輻射式物位計(jì)屬于非接觸式物位測量儀表 適用于高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、劇毒等條件苛刻的場合 核射線

25、還能夠直接穿透鋼板等介質(zhì)，可用于高溫熔融金屬液位測量 使用時(shí)幾乎不受溫度、壓力、電磁場的影響。 但由于射線對(duì)人體有害，因此射線的劑量應(yīng)嚴(yán)加控制，且須切實(shí)加強(qiáng)安全防護(hù)措施,溫度測量,溫度檢測的主要方法和分類 熱電偶及其測溫原理 熱電阻及其測溫原理 溫度變送器簡介 其它溫度檢測儀表簡介 溫度檢測儀表的選用和安裝,1 溫度檢測方法和分類,2 熱電偶及其測溫原理,熱電效應(yīng)和熱電偶 熱電偶中間導(dǎo)體定律 與 熱電勢(shì)的檢測 熱電偶的等值替代定律 和 補(bǔ)償導(dǎo)線 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和分度表 熱電偶冷端溫度的處理 熱電偶的結(jié)構(gòu)型式,熱電效應(yīng)和熱電偶,熱電效應(yīng)（熱電偶測溫的基本原理）：任何兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合

26、回路，如果將它們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度各為 t 及 t0 的熱源中，則在該回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。,閉合回路中所產(chǎn)生的熱電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)兩部分組成：,下標(biāo)A表示正電極，B表示負(fù)電極，由于溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小很多，常常把它忽略不計(jì)，這樣熱電偶的電勢(shì)可表示為：,注意：如果下標(biāo)次序改為eBA，則熱電勢(shì)e前面的符號(hào)也應(yīng)相應(yīng)改變，即,重要結(jié)論： 1.如果組成熱電偶的兩種電極材料相同，則無論熱電偶冷、熱兩端的溫度如何，閉合回路中的總熱電勢(shì)為零； 2.如果熱電偶冷、熱兩端的溫度相同，則無論兩電極材料如何，閉合回路中的總熱電勢(shì)也為零 3.熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)除了冷、熱兩端的溫度有關(guān)之外，還與電極材料有關(guān)，

27、也就是說由不同電極材料制成的熱電偶在相同的溫度下產(chǎn)生的熱電勢(shì)是不同的。,中間導(dǎo)體定律和熱電勢(shì)的測量,熱電偶的輸出信號(hào)是毫伏信號(hào)，毫伏信號(hào)的大小不僅與冷、熱兩端的溫度有關(guān)，還和熱電偶的電極材料有關(guān)，理論上任何兩種不同導(dǎo)體都可以組成熱電偶，都會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。 但如何來檢測熱電偶產(chǎn)生的毫伏信號(hào)呢？,因?yàn)橐獪y量毫伏信號(hào)，必須在熱電偶回路中串接毫伏信號(hào)的檢測儀表，那串接的檢測儀表是否會(huì)產(chǎn)生額外的熱電勢(shì)，對(duì)熱電偶回路產(chǎn)生影響呢？ 答：不會(huì)產(chǎn)生影響的。,如果斷開冷端，接入第三種導(dǎo)體C，并保持A和C、B和C接觸處的溫度均為t0，則回路中的總熱電勢(shì)等于各接點(diǎn)處的接觸電勢(shì)之和:,中間導(dǎo)體定律,當(dāng)tt0時(shí)，有,于是可

28、得,根據(jù)這一性質(zhì)，可以在熱電偶回路中接入各種儀表和連接導(dǎo)線，只要保證兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同就可以對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行測量而不影響熱電偶的輸出。,中間導(dǎo)體定律,例：求熱電偶回路的電勢(shì)。 已知：eAB(240)=9.747mV，eAB(50)=2.023mV，eAC(50)=3.048mV，eAC（l0）=0.591mV。,解一：E=eAB(240)+eBC(50)+eCA(10)， 而 eAB(50)+eBC(50)+eCA(50)=0 E= eAB(240) +eCA(10)- eAB(50)-eCA(50)=10.181 mV,解二：利用中間導(dǎo)體定律 E=eAB(240)+eBA(50)+eAC(50)

29、+eCA(10) = eAB(240) +eCA(10)- eAB(50)-eCA(50)=10.181 mV 。,等值替代定律和補(bǔ)償導(dǎo)線,如果熱電偶AB在某一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與熱電偶CD在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)相等，即 ，則這兩支熱電偶在該溫度范圍內(nèi)是可以相互替換的，這就是所謂的熱電偶等值替代定律。,例 如左圖，設(shè) ， 證明該回路的總熱電勢(shì)為,把冷端溫度延伸到控制室，變?yōu)閠0，恒定t0比較容易,此時(shí)，測得的熱電勢(shì)為,如果選用一組較廉價(jià)的材料（C、D），且CD在一定溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)與熱電偶AB在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)相等，就可以用CD來替代AB的延伸段。,CD即為熱

30、電偶AB的補(bǔ)償導(dǎo)線，通常CD采用比熱電偶電極材料更廉價(jià)的兩種金屬材料做成，一般在0100范圍內(nèi)要求補(bǔ)償導(dǎo)線要與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕季哂袔缀跬耆嗤臒犭娦再|(zhì)。 在選擇和使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要和熱電偶的型號(hào)相匹配，注意極性不能接錯(cuò)，熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接處的溫度一般不能高于100。,標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和分度號(hào),從理論上分析，似乎任何兩種不同的導(dǎo)體都可以組成熱電偶，用來測量溫度。 但實(shí)際情況并非如此，為了保證在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用可靠，并具有足夠的精度，熱電偶的電極材料在被測溫度范圍內(nèi)應(yīng)滿足： 熱電性質(zhì)穩(wěn)定、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、熱電勢(shì)隨溫度的變化率要大、熱電勢(shì)與溫度盡可能成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系、具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、復(fù)制性和互換性好等

31、要求，目前在國際上被公認(rèn)的熱電偶材料只有幾種。 ,附錄中列出了幾種常用的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶分度表。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，熱電偶的分度表是以t00為基準(zhǔn)進(jìn)行分度的。 當(dāng)t0時(shí)，所有型號(hào)熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)為0mV； 當(dāng)t0時(shí)，熱電勢(shì)為負(fù)值。 在所有標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中，相同溫度條件下S型熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)最小，E型最大。如果把各型號(hào)熱電偶的熱電勢(shì)和溫度制成曲線，可以看出二者呈一定的非線性關(guān)系。即：,例 用K型熱電偶來測量溫度，在冷端溫度為t025時(shí)，測得熱電勢(shì)為22.9mV，求被測介質(zhì)的實(shí)際溫度。,解1： 根據(jù)題意有,由K型熱電偶的分度表查出,因此有,反查分度表有,熱電偶冷端溫度的處理,中間導(dǎo)體定律,拆開冷端，串入“毫

32、伏計(jì)”，可以測量熱電勢(shì)，而不影響總的熱電勢(shì),等值替代定律,利用補(bǔ)償導(dǎo)線來延伸冷端，把熱電偶的冷端從溫度較高和不穩(wěn)定的現(xiàn)場延伸到溫度較低和比較穩(wěn)定的操作室內(nèi),由于操作室內(nèi)的溫度往往高于0，而且也是不恒定的（即使有空調(diào)也是不恒定的），這時(shí)，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)必然會(huì)隨冷端溫度的變化而變。 因此，在應(yīng)用熱電偶時(shí)，只有把冷端溫度保持為0，或者進(jìn)行必要的修正和處理才能得出準(zhǔn)確的測量結(jié)果，對(duì)熱電偶冷端溫度的處理稱為冷端溫度補(bǔ)償。,目前，熱電偶冷端溫度主要有以下幾種處理方法： 冰浴法 校正儀表零點(diǎn)法 計(jì)算修正法 電橋補(bǔ)償法 補(bǔ)償熱電偶法,冰浴法把熱電偶的冷端放入恒溫裝置中，保持冷端溫度為0，多用于實(shí)驗(yàn)室,計(jì)算

33、修正法這種方法適用于實(shí)驗(yàn)室或者臨時(shí)測溫。,電橋補(bǔ)償法儀表中常用,電橋補(bǔ)償法,是儀表中最常用的一種處理方法，它利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度的變化而引起熱電勢(shì)的變化,如圖，電橋由R1、R2、R3（均為錳銅電阻）和RCu（熱敏銅電阻）組成。,在設(shè)計(jì)的冷端溫度（例如t00）時(shí)，滿足R1R2，R3RCu，這時(shí)電橋平衡，無電壓輸出，即Uab=0，回路中的輸出電勢(shì)就是熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì),當(dāng)冷端溫度由t0變化到t0時(shí)，不妨設(shè)t0 t0，熱電偶輸出的熱電勢(shì)減小，但電橋中RCu隨溫度的上升而增大，于是電橋兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不平衡電壓Uab(t0 ),此時(shí)回路中輸出的熱電勢(shì)為:,經(jīng)過設(shè)計(jì)，可使電橋的不

34、平衡電壓等于因冷端溫度變化引起的熱電勢(shì)變化，即,于是實(shí)現(xiàn)了冷端溫度的自動(dòng)補(bǔ)償。 實(shí)際的補(bǔ)償電橋一般是按t020設(shè)計(jì)的，即t020時(shí)，補(bǔ)償電橋平衡無電壓輸出。,熱電偶的結(jié)構(gòu)形式,普通型熱電偶,普通型熱電偶主要由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒等主要部分組成。,貴重金屬熱電極的直徑一般為0.30.65mm，普通金屬熱電極的直徑一般為0.53.2mm；熱電極的長度由安裝條件和插入深入而定，一般為3502000mm。,絕緣管用于防止兩根電極短路,保護(hù)套管用于保護(hù)熱電極不受化學(xué)腐蝕和機(jī)械損傷,材料的選擇因工作條件而定,普通型熱電偶主要有法蘭式和螺紋式兩種安裝方式,鎧裝型熱電偶,鎧裝型熱電偶是由熱電極、絕

35、緣材料和金屬套管三者經(jīng)過拉伸加工成型的,金屬套管一般為銅、不銹鋼、鎳基高溫合金等,保護(hù)套管和熱電極之間填充絕緣材料粉末，常用的絕緣材料有氧化鎂、氧化鋁等。,鎧裝型熱電偶可以做得很細(xì)，一般為28mm，在使用中可以隨測量需要任意彎曲。,鎧裝熱電偶具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、機(jī)械強(qiáng)度高、抗震性好、可彎曲等優(yōu)點(diǎn)，可安裝在結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的裝置上，應(yīng)用廣泛。,3 熱電阻及其測溫原理,熱電阻的測溫原理 工業(yè)上常用的金屬熱電阻 熱電阻的信號(hào)連接方式 熱電阻的結(jié)構(gòu)型式,熱電阻的測溫原理,熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢詼y量出被測溫度。 目

36、前，主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。,金屬熱電阻：金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示：,式中， 為溫度t時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值 為溫度t0(通常t00)時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值 為溫度系數(shù)。,半導(dǎo)體熱敏電阻：半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度的關(guān)系為：,式中， 為溫度t時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻值 A、B是取決于半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)的常數(shù),金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻的比較：,熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高（通常在數(shù)千歐以上），但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測溫范圍只有50300左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。 金屬熱電阻一般適用于測量200500范圍內(nèi)的溫度測量，其特點(diǎn)測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能

37、可靠，在過程控制領(lǐng)域中的應(yīng)用極其廣泛。,工業(yè)上常用的金屬熱電阻,從電阻隨溫度的變化來看，大部分金屬導(dǎo)體都有這種性質(zhì)，但并不是都能用作測溫?zé)犭娮?，作為熱電阻的金屬材料一般要求?盡可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大、在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)和物理性能、材料的復(fù)制性好、電阻值隨溫度變化要有單值函數(shù)關(guān)系（最好呈線性關(guān)系）。,我國最常用的鉑熱電阻有R010、R0100和R01000等幾種， 它們的分度號(hào)分別為Pt10、 Pt100 和 Pt1000； 銅熱電阻有R050和R0100兩種， 分度號(hào)分別為Cu50和 Cu100 其中 Pt100 和 Cu50 的應(yīng)用更為廣泛,熱電阻的信號(hào)連接方式

38、,熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號(hào)通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它二次儀表上。常用的引線方式有三種：,二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號(hào)。,但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r的大小與導(dǎo)線的材質(zhì)、 長度等因素有關(guān),很明顯，圖中的,因此，這種引線方式只適用于測量精度要求較低的場合。,三線制：在熱電阻根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，是工業(yè)過程中最常用的引線方式。,事實(shí)上電橋上R1R2Rt、R3，經(jīng)過設(shè)計(jì)可以使兩個(gè)橋臂上的電流相等，均為I，且I幾乎不受Rt的影響,三線制的連接，每根線上同樣也存在導(dǎo)線電阻r,此時(shí)，UiUA

39、C？,可以起到調(diào)零的作用,四線制：在熱電阻根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流Is，把Rt轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)Ui，再通過另兩根引線把Ui引至二次儀表。可見這種引線方式可以完全消除引線電阻的影響，主要用于高精度的溫度檢測。,4 溫度變送器簡介,DDZ-III型溫度變送器 一體化溫度變送器 智能式溫度變送器,DDZIII型溫度變送器,分為熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器兩種,熱電偶溫度變送器：把mV信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流輸出,熱電阻溫度變送器：把信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流輸出,最終要求：變送器輸出電流Io應(yīng)與被測溫度t成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系,熱電偶溫度變送器應(yīng)主要要解決：冷端溫度補(bǔ)償

40、和線性化處理兩個(gè)內(nèi)容,熱電偶溫度變送器輸入熱電勢(shì)毫伏信號(hào)，輸入回路即是冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償橋路，其產(chǎn)生的補(bǔ)償電勢(shì)與熱電勢(shì)相加后作為測量電勢(shì)，因此補(bǔ)償電橋上的參數(shù)與熱電偶分度號(hào)有關(guān)，熱電偶溫度變送器使用時(shí)要注意分度號(hào)的匹配。 線性化處理電路,熱電阻溫度變送器應(yīng)主要要解決：克服引線電阻的影響和線性化處理兩個(gè)內(nèi)容,采用三線制輸入方式。 線性化處理電路,一體化溫度變送器,分為一體化熱電偶溫度變送器和一體化熱電阻溫度變送器兩種,熱電偶溫度變送器：把mV信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流輸出,熱電阻溫度變送器：把信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流輸出,所謂一體化溫度變送器，是指將變送器模塊安裝在測溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi),變送器模塊和測溫元件形成一個(gè)整體，可直接安裝在被測設(shè)備上，輸出為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)420mA。 這種變送器具有體積小、重量輕、現(xiàn)場安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。,由于一體化溫度變送器直接安裝在現(xiàn)場，但由于變送器模塊內(nèi)部的集成電路一般情況下工作溫度在20+80范圍內(nèi)，超過這一范圍，電子器件的性能會(huì)發(fā)生變化，變送器將不能正常工作，因此在使用中應(yīng)特別注意變送器模塊所處的環(huán)境溫度。,一體化溫度變送器品種較多，其變送器模塊大多數(shù)以一片專用變送器芯片為主，外接少量元器件